中铁五局成都工程有限责任公司 四川成都 610000
摘要：国家大力发展基础建设，隧道施工是工程施工中必不可少的一项重难点工程。放眼全国，工程贯通的拦路虎往往都是隧道工程，由于隧道施工工作面具有一定局限性，隧道的围岩变化、涌水、有毒有害气体、高地温等各方面因素不可预见，都是影响隧道施工进度的原因。由中铁五局承建的郑万湖北段高速铁路香树湾隧道，打破常规作业模式，紧跟社会发展趋势，采用机械化作业，充分利用全电脑三臂凿岩台车做快速超前预加固，减少掌子面作业人员的同时提高围岩的稳定性，增强施工安全，同时可以快速掘进，控制超欠挖，提高施工效率，降低施工成本，为推行机械化施工提前谋划。
关键词：隧道施工、超前支护、机械化施工
引 言：随着我国基础建设的飞速发展，枚不胜举的超级大工程在中国大地上雨后春笋般建成，中国已经成为名副其实的“基建狂魔”。根据国家发展规划，为了交通出行更加方便快捷，国家对铁路、公路、水利等工程投资不断加大，在线路设计上截弯取直，在速度设计上不断提速，使得工程的桥隧比越来越高，隧道工程的比例尤其增长较多，越来越多长大隧道在工程项目中不断涌现且部分隧道需要穿越软弱、破碎、裂隙发育等复杂地质体，为了保证施工安全可靠，进度工期可控，必须保证施工掌子面稳步推进，所以施工中的超前支护尤为重要。目前隧道施工超前支付采用较多的方案有两个，分别为超前小导管和管棚支护，但是实际小导管施工和管棚支护都存在较多缺陷。小导管施工时间较长、支护效果差且安全风险高，传统管棚施工也存在时间长、受工法限制设备移动困难等方面的不足。通过对隧道施工超前支护传统小导管和管棚施工的经验总结，我公司使用三臂凿岩台车对掌子面进行管棚支护施工试验，取得了很好的效果，同时总结出一次性安装到位整体长9米管棚的快速施工方法，并且支护效果比长管棚更好；本文以施工实际案例重点讲述三臂凿岩台车在超前管棚支护中的快速施工方法，希望能给以后隧道超前预加固施工提供参考。
工程概况：
我公司承建的郑万湖北段高铁10标项目主要负责施工DK621+390～DK635+420段土建及无砟轨道工程（神农溪双线大桥中心至标段终点），管段长12.312km，其中桥梁420.45m/1.5座，隧道11880m/1.5座，无砟道床24km。其中香树湾隧道全长12474.5m，其中本管段隧道里程范围为DK630+165～DK635+420，长5255m，采用进口+横洞工区组织施工，其中进口工区负责正洞施工2035m，横洞工区负责822m横洞施工及正洞3220m施工。横洞采用无轨双车道断面，净空尺寸为7.5（宽）*6.2m（高）。主洞开挖断面为155.3m²，横洞采用无轨双车道断面，净空尺寸为7.5（宽）*6.2m（高）。
2、工程地质和水文地质：
香树湾隧道属溶蚀中低山、岩溶槽谷地貌区。隧道位于横石溪背斜北翼，受小构造影响，岩层产状差异大，岩体较破碎。隧道主要穿越地层为三叠系中统巴东组二段泥岩夹砂岩、巴东组一段泥质灰岩、三叠系下统嘉陵江组三段灰岩。
DK621+620～D1K627+500段地下水以岩溶水为主，隧道位于岩溶水垂直渗流带与季节交替带，地下水发育；地下水具侵蚀性。不良地质主要为岩溶、顺层及顺层偏压、危岩落石及松软土。隧道岩溶强烈发育，施工时遇岩溶管道、大型岩溶大厅及溶腔的可能性大，突水涌水风险高。
3、施工工艺：
隧道采用全断面开挖，掌子面采用5-8cm厚C25喷射混凝土封闭。超前支护采用Φ60-Φ89超前中管棚，管棚单根长度均为9m，拱部150°布设，环向间距0.4-0.5m，50根/环，预留搭接长度不小于1m；管棚上钻注浆孔，孔径10～16mm,孔间距15～20cm，呈梅花型布置，尾部留不小于150cm的不钻孔，作为止浆段，注浆采用水泥单液浆，注浆压力10～20Mpa。
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4、施工流程：
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4.1、设备配置：
全电脑三臂凿岩台车1台，凿岩机功率25.5-32.5KW，钻臂升降范围-30-60度，推进器倾斜角度-60-30度，推进梁范围0-110度，推进旋转范围360度，推进器长度9米，需适应各种类型管棚位置及角度，1号,3号工作臂带夹持器，配置长5.15米，直径45圆形快速钻杆2根，长4.95，直径45圆形快速钻杆4根，直径89梅花型双向出水口钻头2个，推进连接套2个，推进辅助保护套（保护注浆接头）2个，维修工具整套（套筒，梅花扳手，开口扳手，内六角扳手），其他辅助工具若干（对讲机，锤子，撬棍等），钻孔深度7.5-8米。凿岩台车停放在距离掌子面约10米，隧道正中线处。
注浆机或注浆台车1套，用于管棚注浆；装载机1台，倒运注浆料和管棚等材料。
4.2、人员配置：
操作司机：2人（操作三臂凿岩台车）
吊篮工作人员：2（操作吊篮，换钻杆，辅助安装管棚管）
车下辅助人员：2人（安装注浆管，可配置4人）
4.3、材料准备：
直径（外）60毫米，长9米带尖头管棚管50根，尾部焊接注浆接头，考虑安装时候有可能损坏，可适当多配置，三臂台车臂架加推进器安装注浆管时极限位置为9.1米，注浆管如超过9米则要后移台车。
注浆材料按设计量倒运到现场，未使用完的材料及时归库。
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5、施工技术
5.1、钻孔、管棚安装：
在工作臂不碰撞围岩的情况下尽量减小外插仰角，一般外插仰角在3-5°，可以使管棚管平行推进，1号臂先打拱顶，3号臂打右侧中间位置，首先使用5.15米钻杆，两个工作臂反复调整位置连续打孔10-20个，在连续打孔的过程中，打紧邻两孔位置因为振动可能造成塌孔，连续打孔距离控制在0.8米以上，即跳开一孔，然后连接上4.95米钻杆，避免重复换钻杆，打完第一轮后安装注浆管，节约更换钻杆时间，平均每5分钟可以安装完成一根9米注浆管。
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5.2、注浆：
安装完毕后三臂凿岩台车不需要后退，注浆台车或者注浆机平行于三臂凿岩台车，利用台车的挂篮对管棚进行注浆，平均每根管注浆约两分钟。
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5.3、安装钢拱架：全部管棚管完成后使用拱架安装台车立一榀钢拱架，将所有管棚管置于钢拱架之上，形成环形支撑。
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5.4、爆破后效果：通过管棚注浆后的围岩稳定性得到了明显加强，同时管棚的环形支撑在隧道断面形成了一个环形的切槽，对隧道的超挖也起到了很好的控制作用。爆破面平整度较高，能够使后续工序网面，片密贴岩，初支平整度较高且初支混凝土回弹量明显减小。在施工中，全机械化作业的隧道超挖基本上控制在20㎝以内，降低混凝土超耗，节约施工成本。
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6、保障三臂凿岩台车作业功效的措施：
6.1、注浆接头的安装：注浆管安装完毕后需要焊接注浆接头，这道工序比较费时间，建议将注浆接头先焊接至注浆管，形成一体，加工能覆盖保护注浆接头的推进筒，注浆管安装完毕后可直接注浆。
6.2设备的保养：由于三臂凿岩台车数量少，相应工程抗风险能力减弱，一旦发生机械故障，掌子面便会短暂停工，因此凿岩台车的维修保养是工程顺利推进的保障。成立专业的维修保养队伍，每天对设备进行强制的保养，减少设备故障率，保障凿岩台车正常运行。
6.3现场组织管理：如果准备不足，会导致凿岩台车就位的时间过长，前后工序衔接需要考虑提前量，需提前准备好所有工具、材料等，同时加强对操作人员和维修人员的考核激励机制，提高台车相关作业人员的主管能动性，保障台车的高效作业。
结束语：隧道采用超前管棚注浆施工，可以很好的改善软弱围岩破碎岩层的物理性质，起到了支撑、稳固围岩的作用，增强了施工的安全性，同时管棚形成的环形支撑，可以控制爆破后扩散的范围，达到控制超欠挖的效果，而三臂台车的使用，使管棚施工更加安全，快速，从而让隧道施工安全、快速掘进而达到降低施工成本。同时，凿岩台车是钻爆法开挖施工先进的设备，与传统人工手持风钻开挖具有显著优势，它是今后隧道建设施工机械化、专业化、设备智能化发展的必然趋势。
参考文献：
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